Автоматическое управление поездом

Автоведение

Автоведение — система частично или полностью автоматического (без непосредственного постоянного участия машиниста) управления поездом. Автоведение облегчает управление поездом метрополитена, значительно повышая безопасность движения.

За границей системы автоведения получили широкое распространение и постепенно заменяют машинистов-людей.

История

1961 год. В Московском метрополитене впервые в мире испытана система автоматического ведения поездов (САУ-М). Систему разрабатывал пензенский Научно-исследовательский институт управляющих и вычислительных машин в 1955—1961 годах. Система была релейной, специализированные вычислительные управляющие машины были собраны на транзисторах, оперативная память — на ферритовых кольцах, постоянная память — на перфокартах, программа использовала перфоленту. Испытания проходили на Кольцевой линии, два состава были оснащены аппаратурой автоматического ведения. По результатам испытаний в дальнейшем производилась модернизация: были изготовлены модификации САУ-М2 и САУ-М3. Основной показатель надёжности того времени — количество отказов системы за день. Машинисты знали и понимали, как перезапустить систему, и готовы были в любой момент взять управление на себя.

1968 год. На Калужской линии начата опытная эксплуатация системы автономного ведения поездов. Элементная база осталась прежней, но надёжность системы стала удовлетворительной: уже измерялось количество отказов не в день, а в неделю. Для регулирования движения поездов использовалась автоматическая блокировка. Перед отправлением со станции машинист нажимал кнопку на пульте и состав отправлялся в автоматическом режиме; при прибытии на станцию осуществлялось прицельное торможение. Систему многократно модернизировали: значительное количество неожиданных отказов на линии затрудняло работу локомотивных бригад. Пропускная способность линии была 36 пар поездов в час.

1970 год. На Ждановской линии начата опытная эксплуатация распределённой системы автоматического ведения. Система была смонтирована в 1968 году. Контроль за движением поездов осуществляли станционные и тоннельные устройства; станционные устройства также осуществляли управление прицельным торможением и передачу информации на состав. В зоне торможения применялись напольные датчики в виде шлейфов. Система безопасности — автоматическая блокировка.

1976 год. На Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена впервые внедрена централизованная система (ЦСАУП), разработанная в ленинградском институте «Гипротранссигналсвязь».

1979 год. На Ждановско-Краснопресненской линии внедрена комплексная система автоматического управления движением поездов (КСАУП). Она была создана в МИИТ совместно с Московским метрополитеном, поэтому распространено и другое её название — САММ («система автоведения МИИТ-метро»). Это централизованная трёхуровневая система, включающая в себя центральный пост управления, станционные и поездные устройства. Прицельное торможение производилось по датчикам индуктивности: на станциях они выглядели как квадратные резиновые пластины, закреплённые вдоль правого рельса с внутренней стороны; расстояние между ними уменьшалось по мере приближения к месту остановки первого вагона. Система безопасности — АЛС-АРС. Система КСАУП была собрана на микросхемах и обладала хорошей надёжностью (наработка на отказ — 8—12 месяцев). Использовалась регламентная система обслуживания блоков: каждые 6 месяцев блоки снимались, им производилось плановое техническое обслуживание, после чего давалась гарантия работы системы на следующие 6 месяцев. Совместно с АЛС-АРС и другими техническими средствами система рассчитана на 48 пар поездов в час. В приказе 1982 года пропускная способность была установлена в размере 45—48 пар поездов в час. Лимитирующим фактором, особенно в час «пик», стали станции пересадок, точнее — привычка пассажиров садиться только в тот вагон, который располагался ближе к эскалаторам. При графике 45 пар в час линия работала устойчиво и надёжно. В этом же приказе была установлена ответственность за неиспользование автоведения. Телемеханика того времени не позволяла операторам диспетчерского пункта реагировать на различные происшествия быстрее машинистов, поэтому они по-прежнему находились в кабинах.

1980 год. На Калининской линии начата эксплуатация системы КСАУДП, которой были оборудованы вагоны метрополитена 81-717/714. Система была разработана МИИТ совместно с ВНИИЖТ и Московским метрополитеном. Основные требования к системе были заданы МПС. Система КСАУДП состояла из трёх самостоятельных комплексов: собственно автоведения (в Москве — САММ), автоматического регулирования скорости (АЛС-АРС) и комплекса телемеханики. Система предусматривала автоматическое управлением временем хода по перегону; безопасность обеспечивалась с помощью АЛС-АРС. На центральном посту размещались два управляющих вычислительных комплекса, один из них находился в «горячем» резерве. Станционные комплексы тоже были продублированы, тоннельные комплексы перенесены в помещения станционных систем. Ремонт оборудования стал возможен не только в ночные окна, но и днём. Появилась возможность «горячей» замены плат в системах. Прицельное торможение производилось по датчикам индуктивности (напольная система). Введён роботизированный оборот составов со скоростью до 40 км/ч. Поездные устройства осуществляли также функциональный контроль за работой оборудования вагонов. При этом оператор центрального пункта управления участка с помощью телевидения следил за посадкой и высадкой пассажиров, за ситуацией в вестибюлях, на эскалаторах и платформах станций. На одного оператора приходилось по две станции. При падении пассажира на пути он давал команду на экстренное торможение поезда на станции, а система сама определяла, где следует оставить или затормозить следующие составы. Дежурный по станции принимал решение о дальнейших действиях на месте. Также, в случае остановки поезда в тоннеле, операторы предупреждали пассажиров по громкоговорящей связи о случившемся.

Планировалось перейти на движение без машинистов, но эти планы не были претворены в жизнь. Первоначально Калининскую линию предполагалось строить со станциями закрытого типа. После стадии трассировки станции были перепроектированы на пилонные, но с заграждениями и автоматическими дверями вдоль края платформы, чтобы не создавать скученности пассажиров в центральном зале. Но впоследствии они были исключены из проекта. Дело в том, что при наличии станционных дверей прицельное торможение должно осуществляться с точностью ±10 см, а существующая точность прицельного торможения была 2—2,5 м. Поэтому требовалось торможение в два этапа: основное торможение до скорости 3—5 км/ч, докатка 3—4 м и затем окончательная остановка состава. Эти дополнительные затраты времени не позволяли организовать движение по графику 48 пар поездов в час. Кроме того, система АЛС-АРС хоть и редко, но иногда давала сбои, а в такой ситуации движение без машинистов было невозможно.

В процессе эксплуатации системы случались и казусы. Однажды на составе из вагонов 81-717/714, двигавшемся в сторону «Новогиреево», на станции «Перово» в одном из вагонов пропал контроль закрытия дверей. Машинист несколько раз безуспешно «переигрывал» дверями, после чего прошёл к этому вагону и руками дожал дверные створки. Появился сигнал контроля закрытия дверей, и состав в автоматическом режиме отправился со станции, в то время как машинист остался на платформе. Впоследствии этот машинист стал объектом многочисленных шуток.

На станцию «Новогиреево» состав без машиниста пришёл в штатном режиме и, как обычно, остановился у платформы. Пассажиры поезда ничего не заметили, сильно удивился только только маневровый машинист, когда увидел пустую кабину. Отставший машинист доехал до станции «Новогиреево» на следующем поезде и после оборота своего состава уехал в его кабине в сторону «Марксистской».

По результатам разбора произошедшего разработчики системы изменили алгоритм начала движения состава после закрытия дверей. Раньше машинист нажимал кнопку закрытия дверей, и после появления сигнала контроля состав автоматически начинал движение, останавливался на следующей станции и автоматически открывал двери. После случая с отставшим машинистом было добавлено дополнительное нажатие кнопки после закрытия дверей, хотя и этого можно было не делать: достаточно было обязать машинистов перед выходом из кабины отключать систему автоведения.

1983 год. Для решения ситуации с отказом устройств АЛС-АРС ВНИИЖТ совместно с Московским метрополитеном разработал дублирующее автономное устройство ДАУ-АРС, использующее комплект поездной аппаратуры в хвостовом вагоне в качестве резервного

1984 год. В конце года производилась аттестация системы КСАУДП Калининской линии для работы без машинистов. Пройти все тесты без замечаний не получилось: системы, собранные на отдельных микросхемах, не достигали заданного уровня наработки на отказ. В таких условиях руководство Московского метрополитена не пошло на отказ от машинистов, но в их задачи входило только давать команду на закрытие дверей и реагировать исключительно в случае отказов, не вмешиваясь в нормальную работу автоведения. Но психологическо-эмоциональное состояние машинистов в режиме контроля за системой автоведения оказалось хуже, чем при ручном ведении поезда, поэтому во внепиковое время допускалось ручное управление.

1990—1992 годы. Планировалось внедрение единой системы управления метрополитеном (ЕСУМ), в которой все вопросы управления пассажиропотоками рассматривались в комплексе. Система была спроектирована на сверхбольших интегральных схемах (СБИС, до 100 000 транзисторов в одной микросхеме) и обладала очень высокой надёжностью (наработка системы на отказ составляла не менее 100 лет). ЕСУМ использовала датчики падения пассажиров и крупногабаритных предметов на пути и датчики несанкционированного прохода людей в тоннель; для обеспечения надёжности все датчики были продублированы. Использование ограждений пути и раздвижных дверей на станциях не предполагалось.

Основными носителями этой системы должны были стать вагоны «Яуза», но также была запланирована и модернизация вагонов 81-717/714. Погрешность прицельного торможения на вагонах «Яуза» была не более 25 см в каждую сторону. Теоретически, эта система могла работать и со станционными дверями (среднее отклонение от мест расположений их центров составляло около 8 см), выдерживая график 48 пар поездов в час. После внедрения система в головных вагонах «Яуза» предполагалось ликвидировать кабину машиниста, дав пассажирам панорамный вид вперёд.

Система была доведена до стадии начала внедрения, но развал СССР и тяжелейшие экономические условия последующего периода перечеркнули эти планы.

Еще:  Расписание электричек и поездов Витебск Орша

Источник

Автоматическое управление поездом

Automatic Train Control (ATC) — это английский термин, обозначающий различные системы управления поездом . ATC — это системы, которые выходят за рамки автоматического управления поездом на обочине поезда (ATS) с помощью сигнального и путевого компьютера в кабине машиниста. Сегодня ATC относится к технически различным системам в Швеции и Норвегии , США и Японии как собственное имя .

Оглавление

GWR-ATC (1906)

Исторически сложилось так, что в 1906 году на Большой Западной железной дороге в качестве обозначения Automatic Train Control разработали точечную систему управления поездом .

У предварительных сигналов есть третий, более высокий рельс с пандусами ( пандус ATC ) на каждом конце между ходовыми рельсами . К нижней части тягового транспортного средства прикреплен контактный башмак, который выезжает на рампу и поднимается, когда сигнал проходит через сигнал. Если дальний сигнал ожидает путешествия , на третьем рельсе есть электрическое напряжение . С другой стороны, если дальний сигнал ожидает остановки , это не так.

Поднятие контактного башмака вызывает звуковой сигнал в кабине водителя . Если третий рельс находится под напряжением, прозвучит также звонок. Звуковой сигнал просит водителя подтвердить прохождение дальнего сигнала. Если этого не происходит в течение определенного периода времени и отображается предупреждающий сигнал об ожидании остановки , то срабатывает аварийный тормоз .

Эта система была очень похожа на ранее разработанный французский крокодил . Система использовалась в Соединенном Королевстве до 1970 года , когда она была заменена дальнейшим развитием Автоматической системы предупреждения (AWS).

УВД США

В США ATC относится к системе, которая используется в Северо-восточном коридоре и прилегающих сетях, особенно на маршрутах Amtrak , Metro North и Long Island Rail Road . Система основана на Pulse Code Cab Signaling (аналог итальянской системы RS4 Codici ), в которой по дорожкам протекает переменный ток с частотой 100 Гц , который модулируется с частотой, которая зависит от положения следующего сигнала. :

  • 180 / мин — Продолжить (свободный проезд без ограничений)
  • 120 / мин — Подход с ограничением (следующий и предпоследний сигналы бесплатны, но следующий показывает «Стоп»)
  • 75 / мин — Подход (следующий сигнал свободный, но следующий показывает «Стоп»)
  • 0 — стоп (стоп до следующего сигнала)

Отображение сигнального изображения в кабине водителя различается в зависимости от автомобиля. С помощью бортового компьютера можно добиться лучших кривых торможения, так что он используется почти только в пассажирских перевозках — можно избежать резких остановок, а последовательность движения поездов может быть сокращена с помощью ATS. В грузовых поездах сигнализация кабины машиниста остается прежней.

УВД Швеции

В Швеции и Норвегии ATC относится к системе управления движением поездов. Шведская система УВД основана на пассивных баллах (обычно группы балансов не менее двух), которые передают информацию по радио на бортовой компьютер, который также поступает от различных датчиков (спидометр, манометр и т. Д.). Это позволяет системе УВД выполнять две функции:

  • Сигнализация в кабине водителя, которая показывает удаленные и сигнальные уведомления, а также текущую скорость, а также предстоящие изменения скорости, а также a. разрешается
    • для увеличения стандартизированной дистанции дальнего сигнала 1000 м за счет фиктивных далеких сигналов (видимых только на предварительном индикаторе УВД в кабине водителя) до 3000 м
    • Для сохранения уведомлений о дальних сигналах для следующих пяти основных сигналов, при этом в кабине водителя отображается только то, находится ли следующий или один из четырех других основных сигналов в положении остановки.
    • переместить целевую точку для уведомления об основном сигнале вперед, d. Это означает, что уведомление о сигнале действует не из сигнала, а из другой точки, находящейся дальше.
    • давать дифференцированные значения скорости в случае изменения скорости. Таблица скорости, например, B. 100 км / ч позволяет развивать максимальную скорость от 100 до 145 км / ч в зависимости от типа поезда из-за уведомления УВД. Скорость более 159 км / ч отображается только диспетчером УВД.
    • С одной стороны, контролируется применимая максимальная скорость, и в случае ее превышения машинист предупреждается звуковыми сигналами или поезд затормаживается (экстренное торможение со скорости более 10 км / ч, экстренное торможение со скорости более 15 км / ч. )
    • с другой стороны, отображается предстоящее изменение скорости, и на основе кривых торможения, рассчитанных бортовым компьютером, водителю двигателя через три интервала предлагается начать торможение. Если торможение выполняется слишком поздно или недостаточно сильно, система берет на себя торможение и тормозит поезд до возможно более низкой скорости или останавливает поезд перед сигналом остановки.

    Шведская система УВД была разработана в 1960-х и 1970-х годах и внедрена в 1980 году (SJ 1980). Техническая система была заимствована из Норвегии и адаптирована к ее правилам, чтобы поезда УВД могли пересекать границы в Скандинавии (однако в Дании существует другая система управления поездом). После крушения поезда во Фловаке в 1985 году и в Мелуне в 1991 году система была передана французскому оператору маршрутов Réseau ferré de France и преобразована в KVB / contrôle de vitesse par balises . Сегодня около 90 процентов железнодорожной сети Швеции оснащено УВД. На основе этого поставщиком было получено семейство сигнальных систем — системы управления поездом, основанные на EBICAB, позже были внедрены и в других странах.

    Крупнейший в Швеции управляющий инфраструктурой Banverket решил в долгосрочной перспективе перейти на европейскую систему ETCS . Недавно построенная Ботниабана уже оснащена ETCS Level 2 . Однако с этим есть проблемы, поскольку в европейской системе — по сравнению со шведской — отсутствуют некоторые функции. Для решения этих проблем разрабатывается специальный модуль передачи .

    В апреле 2018 года норвежский инфраструктурный оператор Bane NOR объявил, что к 2034 году компания Siemens переведет всю норвежскую маршрутную сеть на ETCS Level 2.

    УВД Японии

    ATC был впервые использован в Японии в 1961 году на линии Хибия из в токийском метро и в 1964 году в Синкансэн поездов Токайдо — и San’yō линии. Он работает с кодированными рельсовыми цепями . Позже система была принята на других маршрутах. Метод передачи был изменен после двух инцидентов в Японии в 1973 и 1974 годах, когда электромагнитные помехи привели к отображению неправильного аспекта сигнала. Различные скорости теперь кодируются как наложение двух частот (как при многочастотном наборе в телефонной сети).

    Источник

    

    Автономная система автоведения поезда

    Автономная система автоведения поезда это комплекс технических средств, обеспечивающих автоматического управление поездом в соответствии с заданной программой движения.

    В отличие от централизованной системы автоведения поездов автономная система осуществляет управление только одним поездом. При этом взаимодействие поездов, находящихся на линии, определяется системой интервального регулирования движения поездов; компенсация возмущений (изменения массы состава, напряжения в контактной сети, силы сопротивления движению и т. д.) реализуется системой автоматического управления каждого поезда и определяется законами управления, наличием ресурса регулирования и ограничениями, накладываемыми требованиями безопасности движения.

    Первые системы автоведеиия поездов (САВП) в основном строились как автономные из-за отсутствия надёжных каналов связи и несовершенной аппаратуры центрального поста управления. Первая САВП в нашей стране, называемая автомашинистом, была разработана для пригородных электропоездов в 1957.

    В 1974 на Московской железной дороге прошла испытания одноконтурная система автоведения пассажирского поезда с электровозом ЧС2, разработанная в МИИТ. В ней использовался регулятор времени хода с релейным законом управления.

    Для тепловозной тяги в ЛИИЖТ в кон. 60-х гг. создана и прошла испытания в нашей стране одноконтурная система автоведения грузового поезда. В 1975 на Октябрьской железной дороге прошла испытания одноконтурная система автоведения пригородного поезда (АМЦНИИ), разработанная в институте железнодорожной транспорта. В ней использовались две зависимости от пути — времени и скорости перехода на выбег.

    В случае опережения графика скорость перехода на выбег уменьшалась пропорционально опережению, в случае опоздания поезда определялось время его дополнит, движения под током от момента достижения программной скорости; по истечении этого времени тяговые двигатели выключались. С начала 90-х годов на Московской ж. д. внедряется созданная в и.-и. институте железнодорожной транспорта усовершенствованная система автоведения для пригородных поездов, построенная на базе микроЭВМ. К классу двухконтурных автономных САВП относится построенная на микроЭВМ система автоведения пассажирского поезда с электровозом ЧС200. Она разработана в МИИТ совместно с проектным институтом Гипротранссигаалсвязь и в 1983 прошла испытания на Октябрьской железной дороге.

    Управление временем хода осуществляется в этой системе выбором скорости, задаваемой регулятору скорости, и координаты перехода на выбег. Программа вычисляется в процессе движения.

    Источник

    Системы автоматического ведения поезда

    В статье описаны системы автоматического ведения поезда, применяемые на тяговом подвижном составе железных дорог. Приведены отличительные особенности систем для каждого класса поездов (электропоезд, пассажирский и грузовой электровозы), описаны функциональные возможности приборов.

    ВВЕДЕНИЕ

    12w3e74r8t.png

    Многолетний практический опыт эксплуатации тягового подвижного состава доказал, что процесс управления поездом — это сложная многофакторная задача, решение которой в значительной степени возложено на машиниста. По мере развития электроники стало возможным создание систем, автоматизирующих решение частных задач при ведении поезда. Функциональные возможности таких систем постепенно расширялись, соответственно увеличивался и круг решаемых ими вопросов. Вместе с тем лишь в последнее время, когда получила широкое распространение микропроцессорная техника, появилась возможность делать такие системы компактными и надежными. А решение в масштабах всей сети железных дорог России такой задачи, как прицельное торможение, вообще стало возможно только в последнее десятилетие.
    В нашей стране на транспорте разработки с применением микропроцессорной техники стали внедряться в 80-х годах, когда появились первые системы управления тяговым приводом. Их использовали в основном в силовых преобразовательных установках для управления бесколлекторными асинхронными и вентильными тяговыми двигателями, инверторами на электровозах переменного тока, а также для диагностики электрических цепей. Все эти системы, безусловно, имеют различные схемные решения, однако структурная схема у всех одинакова: система датчиков — устройство ввода-микропроцессорный вычислитель — устройство вывода — исполнительные элементы. В зависимости от конкретно поставленной задачи система датчиков должна обеспечить микропроцессорный вычислитель всей необходимой информацией, а исполнительные элементы обязаны бесперебойно передавать управляющее воздействие на соответствующее тяговое оборудование. Мощность же вычислителя, его быстродействие, объем памяти определены прежде всего сложностью решаемой проблемы.
    Условия эксплуатации электроподвижного состава выдвигают весьма жесткие требования к его электрическому и механическому оборудованию. Эти требования не обходят стороной и микропроцессорную технику: здесь необходимы не только устойчивость к вибрациям и тряске, но и к климатическим воздействиям, так как полигон использования отечественного тягового подвижного состава простирается от Заполярья к Средней Азии, включая приморские районы с их влажной атмосферой и континентальные районы Сибири с резкими перепадами ночных и дневных температур. Помимо этого имеется целый ряд специфических требований к блокам питания таких систем и к организации их гальванической развязки от высоковольтных цепей локомотива.

    15263we4uy.png

    Одна из важнейших особенностей микропроцессорных систем управления тяговым подвижным составом заключается в том, что такие системы являются системами реального времени. Это, в свою очередь, предъявляет определенные требования к программному обеспечению, включая и требования к его организации. Программное обеспечение должно четко реагировать на закономерные и случайные события из заранее оговоренного перечня в жестко заданные интервалы времени, выход за границы которых недопустим.

    ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЕДЕНИЯ

    • автоматическое ведение пригородного поезда;
    • автоматическое ведение локомотива пассажирского поезда;
    • автоматическое ведение локомотива грузового поезда.

    235466jt.png

    Рис. 1. Пример графиков кривых движения (ось абсцисс — перегон: элементы профиля, величина уклонов; ось ординат — скорость)

    • соблюдение перегонного времени хода;
    • выполнение расписания поезда для каждого конкретного маршрута;
    • соблюдение скоростного режима, исключающего превышение установленных скоростей движения, в том числе в местах действия ограничений скорости;
    • соблюдение сигналов светофоров, требующих снижения скорости;
    • расчёт кривой движения поезда с учетом требования минимизации расхода электроэнергии;
    • измерение фактической скорости движения и сравнение ее с расчетной, выбор, исходя из этого, соответствующей тяговой позиции;
    • расчет координаты местонахождения поезда (что особенно актуально в условиях недостаточной видимости);
    • оповещение пассажиров о названиях остановочных пунктов, о закрытии автоматических дверей, о правилах проезда в пригородных поездах и др.;
    • сообщение локомотивной бригаде необходимой информации о местах повышенной бдительности, сигналах автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН), местах ограничения скорости, расположении устройств, мимо которых необходимо проследовать с отключенной тягой, об остановочных пунктах и станциях.

    47685i7968o7.png

    Большое количество коротких перегонов и малое число ходовых позиций контроллера (всего 4), а также особенности цепей управления в электропоезде при сбросе позиций обуславливают особый режим ведения электропоезда, который в значительном числе случаев представляет собой последовательность «разгон-выбегторможение». На более длинных перегонах система реализует схему с несколькими включениями тяги, то есть режим «разгон-выбег-тяга-выбег-тяга-. -выбег-торможение». По аналогичной схеме реализуется и поддержание скорости, например, при следовании по участку с ограниченной допустимой скоростью движения. Рассчитанные траектории обобщенно задаются в виде параметров (коэффициентов), описывающих скорость разгона и среднюю скорость. Такой подход позволил построить быстрый регулятор времени хода, весь процесс регулирования при этом укладывается в один такт измерения-управления. При этом управляющая программа получилась достаточно компактной и была реализована на процессорах 8086, которые в более поздних приборах САВПЭ были заменены на 80386SX и 80386ЕX.
    Система применяет прицельное торможение поезда при приближении к светофорам, требующим снижения скорости, и к местам действия ограничений скорости, которые либо вводятся заранее (закладываются в память), либо задаются нажатием кнопки с клавиатуры управления.
    Управлять поездом при помощи САВПЭ машинист на свое усмотрение может, переключив систему в режим ав- товедения или в режим подсказки в соответствии с показаниями индикатора.
    Значительный объем в аппаратуре систем автоведения электропоезда отводится блоку речевого информатора, который не только выполняет функции оповещения пассажиров, но и, опираясь на сигналы датчика пути и скорости и АЛСН, сообщает машинисту о приближении к переездам, мостам, тоннелям, нейтральным вставкам и токоразделам, постам обнаружения нагрева букс (приборам ПОНАБ, ДИСК), а также об ограничениях скорости, желтом и красном сигналах АЛСН. Эта функция, во-первых, способствует повышению безопасности движения, привлекая внимание локомотивной бригады к местам и событиям, требующим повышенной бдительности или соблюдения особых условий; а во-вторых, облегчает труд машиниста и его помощника, избавленных теперь от необходимости читать информационные сообщения для пассажиров.
    Сегодня на электропоездах применяются унифицированные системы автоведения поезда УСАВП и УСАВП-Л. В системе УСАВП применен контроллер 6030 серии MicroPC фирмы Octagon Systems.
    Создание нескольких модификаций систем автоведения, внедрение их более чем в 40 депо потребовало разработки как унифицированной управляющей программы, так и технологии (с соответствующими программными средствами) подготовки данных.

    qw4e78i7y8.png

    В отраслевом Центре внедрения «Желдорконсалтинг» в 2000 году была разработана универсальная управляющая программа, которая, имея независимое от системы ядро, снабжена необходимым набором низкоуровневых драйверов, непосредственно управляющих аппаратурой конкретной системы. Огромнейший объем работы по внедрению системы потребовал разработки автоматизированного рабочего места подготовки данных, программно-аппаратные средства которого существенно сокращают срок создания бортовой базы данных.

    wjyku7l654.png

    • соблюдение перегонного времени хода:
    • выполнение расписания движения для конкретного номера поезда на участке между заданными станциями с точностью до 1 минуты;
    • соблюдение режима установленных на участке следования скоростей движения, в том числе в местах действия ограничений скорости;
    • соблюдение сигналов светофоров, требующих снижения скорости или остановки;
    • расчёт кривой движения поезда, в том числе реализация механизма нагона опоздания с учетом требований по минимизации расхода электроэнергии;
    • расчет координаты местонахождения поезда;
    • выбор позиции контроллера машиниста, исходя из рассчитанной энергооптимальной траектории, с учетом минимизации числа его переключений;
    • измерение фактической скорости движения и сравнение ее с расчетной;
    • организация взаимодействия прибора автоведения и машиниста посредством отображения на индикаторе всей информации о режимах движения поезда (обратная связь);
    • сообщение локомотивной бригаде необходимой информации о местах повышенной бдительности, сигналах автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН), местах ограничения скорости, о приближении к станциям, о расположении устройств, мимо которых необходимо проследовать с отключенной тягой.

    4u67iiyl.png

    Известно, что энергооптимальные траектории имеют фиксированный набор режимов: разгон с максимальным ускорением, торможение с максимальным замедлением, выбег, поддержание (стабилизация) скорости. При этом, если на траектории находятся несколько участков стабилизации скорости, то Пассажирский электровоз ЧС7
    на всех этих участках поддерживаемая скорость должна иметь одну и ту же величину.
    Проблема построения энергооптимальной траектории состоит в следующем. Для участка без ограничений скорости и с постоянным профилем можно рассчитать точки смены режимов теоретически. При введении же реального профиля и ограничений скорости теоретически задача не решается, а численные методы, которые предлагались в 80-х годах, приводят к очень большому времени вычислений из-за перебора значительного числа вариантов управления.
    Учеными ВНИИЖТ был предложен метод оптимизации, позволяющий строить энергооптимальную траекторию движения за разумное время (не более минуты для участка длиной 200 км, имеющего 1000 элементов про-
    филя, 20 ограничений скорости, и 80вагонном составе). Этот метод оптимизации позволяет автоматически (без перебора) учесть профиль и все ограничения скорости, рассчитать начало предварительных выбегов перед спусками и другие режимы.

    yuj5we.png

    Очевидно, что для практической реализации энергооптимальной траектории необходимо соблюдать, в первую очередь, скоростной режим, а не режим управления контроллером машиниста, поскольку последний зависит от множества факторов, которые невозможно учесть заранее. В числе этих факторов напряжение контактной сети, количество вагонов в составе, метеоусловия, реальное сопротивление движению состава, зависящее от температуры окружающей среды, включение подвагонных генераторов, устройств освещения, отопления и др. Имея скоростную оптимальную траекторию в качестве базы, система автоведения должна включать в свой состав механизм реализации заданной скорости с помощью контроллера машиниста.
    В отличие от электропоезда система управления пассажирского электровоза позволяет реализовывать режим поддержания заданной скорости либо скорости, близкой к заданной. Длинные перегоны предполагают наличие такого режима. В то же время тяговоскоростные характеристики электровоза постоянного тока имеют значительные области, для которых ходовые позиции контроллера отсутствуют. Поэтому необходим регулятор времени хода и скорости, позволяющий реализовывать энергооптимальную траекторию, соблюдая точки смены режимов, обеспечивающий в то же время минимизацию числа переключений контроллера и сохранение заданного отклонения от скорости стабилизации. Величина этого отклонения зависит от того, какие потери энергии на участке стабилизации скорости считаются допустимыми. При расчетных оценках дополнительный расход энергии принимается прямо пропорциональным квадрату отношения величины отклонения скорости к скорости стабилизации, а на практике допустимыми считаются отклонения в пределах 10%.
    Регулятор, отрабатывающий участки стабилизации скорости, не может быть просто классическим ПИили ПИДрегулятором, реагирующим на фактический выход из заданной трубки по допустимому отклонению скорости. Это определено двумя основными причинами. Во-первых, необходимо выдержать точку окончания режима стабилизации по всем трём координатам (путь, скорость, время), так как следующий наиболее вероятный режим — выбег, а отклонение в начале выбега по скорости на величину выше допустимой может привести к значительному изменению скорости в конце выбега. Во-вторых, регулятор, не учитывающий профиль, будет переключаться значительно чаще, чем регулятор, интегрально учитывающий профиль на участке стабилизации. Таким образом, становится объективно необходимым иметь регулятор, анализирующий весь участок поддержания скорости.
    Система автоведения должна иметь механизм интеллектуального нагона, то есть учитывать требования минимизации дополнительного расхода энергии на нагон, что предполагает реализацию нагона не между двумя ближайшими (зонными) станциями, а на всем пути следования, если, конечно, это возможно (как правило, это зависит от разделения протяженных участков на диспетчерские зоны обслуживания).
    В системе автоведения пассажирского электровоза речевой информатор выполняет функции, аналогичные функциям информатора электропоезда.
    Грузовой электровоз, в отличие от уже упомянутых классов тягового подвижного состава, имеет ряд особенностей. Этот тип локомотивов может использоваться на предельной мощности, при этом на некоторых участках маршрута возможно снижение скорости состава даже при максимальном тяговом усилии. Число ходовых позиций контроллера невелико: от 15 на электровозах постоянного тока до 36 на электровозах переменного тока. Как и на пассажирских локомотивах, на электровозах постоянного тока есть значительные области на тяговой характеристике, для которых нет соответствующих ходовых позиций контроллера. Перегонное время хода зависит от веса состава.

    mjwqw4.png

    Рис. 2. Модуль центрального процессора CPU686 фирмы Fastwel

    • ограничение сил в составе на допустимом уровне в соответствии с планом и профилем пути, а также схемой формирования состава;
    • формирование управляющих сигналов, обеспечивающих допустимые продольно-динамические силы в составе;
    • управление локомотивом с максимальным использованием его тяговых возможностей.

    5wrfawea.png

    Рис. 3. БлокHсхема системы автоведения локомотива

    В настоящее время во ВНИИЖТ создаются алгоритмы работы системы автоведения, позволяющие ограничивать продольно-динамические силы в составе на безопасном уровне. Все это позволяет сделать вывод о возможности создания полноценной системы автоведения грузового электровоза в самой ближайшей перспективе.

    АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЕДЕНИЯ

    w354ra.png

    • диапазон рабочих температур от –40 до +55°С;
    • диапазон температур хранения от –55 до +60°С;
    • относительная влажность воздуха до 95% при +25°С без конденсации влаги;
    • вибрация в диапазоне частот от 1 до 150 Гц при амплитуде виброускорения по вертикальной и горизонтальной осям до 1g;
    • синусоидальная вибрация в диапазоне частот от 5 до 7 Гц при амплитуде виброперемещения до 5,0 мм, в диапазоне частот от 7 до 10 Гц при амплитуде виброперемещения до 2,5 мм и в диапазоне частот от 10 до 150 Гц при амплитуде виброускорения до 1g;
    • одиночные удары с максимальным ускорением до 7,5g и длительностью 10-60 мс;
    • диапазон входных питающих напряжений 36-72 В или 80-160 В.
    • При этом задача расчета оптимальной траектории требует следующей вычислительной мощности:
    • процессор Pentium с тактовой частотой 166 Гц или выше;
    • оперативная память не меньше 32 Мбайт;
    • флэш-диск объемом не меньше 16 Мбайт.

    457km5r6.png

    Рис. 4. Структура управляющей программы пассажирского электровоза

    В конечном итоге мы остановились на процессорной плате СРU686 фирмы Fastwel, выполненной в формате MicroPC (Octagon Systems). Плата CPU686 выполнена на базе современного процессора GXLV (рис. 2), при этом ее энергопотребление снижено на 30%, в связи с чем не требуется система принудительного охлаждения компонентов. Укрупненно структура системы автоведения и ее связи с цепями управления локомотивом показаны на рис. 3.

    Источник

    Автоматическое управление поездами

    Автоматическое управление поездами — предназначено для повышения точности выполнения графика движения поездов и использования пропускной способности железнодорожной линий и участков, снижения расхода электроэнергии (топлива) на тягу поездов, увеличения производительности труда локомотивных бригад, облегчения труда машиниста. Автоматическое управление поездами осуществляется системами автоведения поездов (САВП), являющимися составной частью автоматизированных систем управления движением поездов. Внедрение САВП повышает безопасность движения поездов. Машинист, освобождаясь от мн. функций непосредственная управления ведением поезда, может уделить больше внимания обеспечению безопасности движения. Кроме того, САВП, выдерживая точно график движения поездов, уменьшает вероятность сближения их на расстояние, меньшее принятого интервала движения.
    В нашей стране и за рубежом имеется большое число систем автоведения различных типов; ведутся разработки САВП нового поколения на базе микропроцессорных технических средств. САВП классифицируют (см. рис.) по признакам, отражающим структуру, алгоритмы управления движением, функциональные возможности, аппаратурную реализацию.
    По уровню централизации САВП делят на централизов. и автономные. Централизованная система автоведения поездов обладает большими возможностями по сравнению с автономной системой автоведения поезда, т. к. наличие информации о положении всех поездов, находящихся на линии, позволяет более гибко компенсировать различных возмущения. В то же время при централизованной системе необходимы капаны связи между всеми поездами, находящимися на линии, и центральным постом управления, т. е. усложняется её технических реализация. Выбор типа системы определяется условиями эксплуатации.
    По типу поездов различают системы автоведения поездов метрополитенов (САВПМ), пригородных электропоездов (САВЭП), пассажирских (САВПП) и грузовых (САВГП) поездов. Тип поезда определяет принципы построения САВП, требования к тормозным устройствам, управлению временем хода. Пригородные электропоезда и поезда метрополитена имеют большое число остановок, к точности которых предъявляются высокие требования. В частности, для поездов метрополитена погрешность остановки не должна превышать ±0,45 м на станциях закрытого типа и ± 1 м на станциях с платформами открытого типа. Для пригородных поездов требуемая погрешность остановки поезда у платформы /&5 м. Поэтому для пригородных поездов И поездов метрополитена разрабатывают САВП с устройствами автоматического прицельного торможения. Пассажирские поезда, особенно скорые, идут без остановок в течение неск. часов, погрешность их остановки ±10 м. На скорых пасс, поездах реализуется автоматического снижение скорости до заданного уровня с последующим переходом на ручное управление. В современных САВПП также предусматриваются устройства автоматического прицельного торможения. САВГП не получили широкого распространения, т. к. грузовые локомотивы не имеют устройств автоматического пуска из-за значительных колебаний массы поезда (от порожних составов до тяжеловесных поездов), а вагоны оснащены только пневматич. тормозами, для автоматического управления которыми необходимы сложные регуляторы. С 1990 в нашей стране разрабатываются САВГП нового поколения.
    По способу расчёта программ САВП делят на собственно программные и с расчётом программ в процессе движения поезда. САВП осуществляют управление по рассогласованию параметров заданного и фактической графиков движения. При этом используются программы — зависимости программного времени хода tn, программной скорости v„, позиции контроллера N„, режимов управления R„ от пути sK. Основной является зависимость t„ (sK), которая для САВП всех типов рассчитывается предварительно. Дополнит, программы используются для повышения качества управления. Число и вид дополнит, программ определяются принципом построения системы автоведения. При собственно программных САВП осн. и дополнит, программы движения рассчитываются предварительно как оптимальные по расходу электроэнергии (топлива) для заданного графикового времени хода и среднестатистической параметров поезда в стационарных условиях и записываются в память бортового устройства. Путь, по которому движется поезд, делится на контрольные участки, и параметры программ определяются для каждого участка. В САВП, рассчитывающей программы с помощью бортового устройства в процессе движения поезда, используется информация об отклонении действительного времени хода от программного. По числу программ, используемых для управления движением поезда, различают САВП одно-, двух- и трёхпрограммные, а в зависимости от места расположения программ — САВП с бортовыми программами (напр., программа прицельного торможения для магистральных дорог записывается в бортовых устройствах) и с напольными (информация об управлении частично или полностью может быть расположена на пути; передача сигналов на борт осуществляется с помощью индуктивных датчиков, рельсовых пепей и др.).
    По аипаравурной реализации САВП делятся на два класса: САВП, выполненные на специализированного устройствах (такие системы строились в начале автоматизации управления движением поездов), и перспективные САВП, построенные на базе мини- и микроЭВМ.
    По числу контуров управления различают одно- и двухконтурные САВП. В одноконтурных САВП регулятор времени хода выбирает позицию контроллерамашиниста (на локомотивах) или режим ведения (для электропоездов метрополитенов) в зависимости от рассогласования между фактической временем хода и программным. В двухконтурных системах дополнительно применяется регулятор скорости, уставку которого задаёт регулятор времени хода. Двухконтурные САВП более перспективны, т. к. позволяют унифицировать регулятор времени хода относительно типа локомотива, компенсировать возмущения на уровне регулятора скорости.

    По степени автоматизации, зависящей от типа подвижного состава, степени оснащения его устройствами внутреннего автоматики (устройства автоматического пуска, исполнит, устройства, регуляторы скорости, противогазные и противобоксовочные устройства и др.), применяемых средств торможения, требований к качеству управления, САВП также могут быть различными. Существуют системы, в которых весь процесс управления поездом от пуска до полной остановки выполняется автоматически. Такие САВП имеются на метрополитене г. Лилля (Франция), где эксплуатируются поезда из двух вагонов, На ж. д., где поезда движутся с высокими скоростями и редкими остановками, не всегда автоматизируется процесс торможения до полной остановки, реализуются автоматического подтормаживание и выполнение допустимых скоростей. Т. е., степень автоматизации САВП определяется типом поезда и характером перевозок.

    Источник